基于層次分析法的羅布泊至若羌鐵路選線研究

姜清予

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司,北京 102600)

0 引言

羅布泊至若羌鐵路(以下簡稱“羅若鐵路”)位于新疆維吾爾自治區巴音郭楞蒙古自治州若羌縣和鐵門關市米蘭鎮境內,是一條補強路網短板、促進西部開發開放的戰略性客貨共線鐵路。線路起自哈羅鐵路羅中站,沿S235省道走行,依次跨越國道G315和西和高速公路,終至格庫鐵路米蘭站,利用既有線至若羌站,線路全長298.92 km,其中,新建線路238.22 km、利用格庫鐵路60.7 km。

1 層次分析法簡介

層次分析法(AHP)是指將與決策總是有關的元素分解成目標、準則、方案等層次,在此基礎之上進行定性和定量分析的決策方法。其分析步驟為:1)構建層次結構模型,把目標層細致分解為方案層和準則層,充分論證影響方案層的各個準則因素。2)建立判斷比較矩陣,并用標尺(線性或非線性)細致刻畫出各個準則層的相對權重。3)求解模型,依次輸出各個層次單排序和層次總排序權重。4)進行一致性檢驗。5)對多目標決策模型問題進行評價結果分析,確定最優方案[1-11]。

2 羅若鐵路選線研究概述

2.1 研究思路

本線東接哈羅鐵路、西連和若鐵路,區域內荒漠地貌,多為無人區,平面控制因素較少,區間無控制線路走向方案的經濟據點,線路走向主要受接軌站控制,不同的接軌方案對應著不同的線路走向方案,故研究的總體思路是接軌方案與線路走向方案統籌規劃,合并研究。

2.2 接軌點選擇

和若鐵路與格庫鐵路在若羌地區呈“T”形相接于若羌站(區段站),以若羌站為中心,格庫鐵路按東北、東南向為兩翼向東延伸,線路方向與本線走向基本一致。為了縮短線路長度、節省投資,研究局部利用既有格庫線,對縮短本項目線路建設長度很有價值。故若羌地區接軌站的選擇,主要以格庫鐵路若羌站為中心,分南、北兩個方向進行分析。

若羌站向北區間各站均具備接軌條件,但與本線至和田主要車流方向不符,存在折角運輸、運輸組織復雜、運營效率低等問題,研究后予以舍棄,不再做進一步研究。

若羌站向南可分為兩段,其中,米蘭至茫崖湖段限制坡度為16‰加力牽引坡度(雙機電化牽引),牽引種類、限制坡度均與本線不一致,存在運輸組織復雜、運營效率低等問題,且隨著格庫鐵路向南延伸,在此段線路上選擇接軌站,線路走向明顯偏離航空線方向,導致線路運營距離增加,因此,米蘭站以南車站不再做進一步研究;若羌至米蘭段線路限坡為6‰,與本線限制坡度一致,沿線車站有若羌東站(預留)、阿克塔什站、米蘭西站(預留)和米蘭站。米蘭站是若羌至米蘭之間接軌新建線路長度最短的接軌點,越往若羌站方向新建線路長度越長,米蘭西站(預留)接軌利用既有格庫鐵路比米蘭站接軌線路短,但能適應順直的要求,運營長度較米蘭站接軌線路短,有一定的比較價值;阿克塔什站因并行在建西和高速公路較近,需并行既有線至米蘭西站(預留)附近后才能展線跨越高速公路,因此較米蘭西站(預留)接軌并無優勢;若羌東站(預留)接軌方案因西和高速公路與鐵路局部并行(最小間距不足30 m),需將若羌東站(預留)位置西移后跨既有線后接軌,新建線路和橋梁更長,亦沒有比較價值。

綜合上述分析,若羌東站(預留)、阿克塔什站不再做進一步研究,米蘭站、米蘭西站(預留)、若羌站可作為接軌站,同時結合線路走向進一步比選分析,如圖1所示。

2.3 方案概述

2.3.1 米蘭接軌方案

線路自哈羅鐵路羅中站南端引出,沿省道S235南側向西南行進,至喀克夏勒伊里跨越省道S235,沿著羅鉀公司Ⅰ,Ⅱ期供水工程的輸水管道繼續往西南走行,依次跨越國道G315和在建西和高速公路,南繞中核鐵門關市36團200 MW風電場,沿著格庫鐵路往西走行,跨越省道S214,接入米蘭站,然后利用格庫鐵路至若羌站。新建線路正線長238.22 km。沿線設車站5座,橋梁長7.22 km/3座,橋梁比為3.03%,利用格庫鐵路60.7 km,新開米蘭西站、若羌東站2座車站,靜態投資約49.11億元。

2.3.2 米蘭西接軌方案

線路自哈羅鐵路羅中站南端引出,沿省道S235南側向西南行進,于羅鉀公司生產基地西端跨越省道S235及羅鉀公司Ⅰ,Ⅱ期供水工程的輸水管道,一路向西南,北繞米蘭鎮,轉向南行進,依次跨越國道G315、在建西和高速,接入米蘭西站,利用格庫鐵路至若羌站。新建線路正線長252.03 km。沿線設車站5座,橋梁長38.7 km/2座,橋梁比為15.36%,利用格庫鐵路44 km,新開若羌東站1座車站,靜態投資約66.30億元。

2.3.3 若羌接軌方案

線路自哈羅鐵路羅中站南端引出,沿省道S235南側向西南行進,于羅鉀公司生產基地西端跨越省道S235及羅鉀公司Ⅰ,Ⅱ期供水工程的輸水管道,一路向西南,北繞米蘭鎮,依次跨越國道G315、在建西和高速和格庫鐵路,沿格庫鐵路往西走行,接入若羌站。新建線路正線長291.58 km。沿線設車站6座,橋梁長2.903 km/1座,橋梁比為1%,靜態投資約60.61億元。

3 層次分析法在羅若鐵路選線研究中的具體應用

3.1 構建層次結構模型

將羅若鐵路線路走向方案作為目標層Z,將目標層作為方案層B,并分解為米蘭接軌方案、米蘭西接軌方案和若羌接軌方案(分別用B1,B2,B3表示)。將影響線路走向方案主要因素的接軌條件、工程地質、運營成本、環境影響和投資效益(分別用A1,A2,A3,A4,A5表示)5個主要因素作為準則層A,建立的層次結構模型如圖2所示。

3.2 建立判斷比較矩陣

根據合理分塊方案優化層次結構模型圖,構造目標層與準則層以及準則層與方案層的判斷比較矩陣。判斷矩陣元素的值是根據各個因素對線路走向方案各指標的影響程度,再通過1～9比例標度法進行兩兩比較得以確定。

目標層Z與準則層A之間構成的判斷矩陣及其一致性檢驗結果如表1所示。

表1 Z-Ai判斷矩陣

各方案準則層優缺點如下:

1)米蘭接軌方案米蘭站接軌條件最好,米蘭西接軌方案米蘭西站接軌條件最差,若羌接軌方案若羌站接軌條件較差。

2)線路主要經過湖積平原區、沖洪積平原區和山前傾斜平原區。主要地質問題為軟土、鹽漬土、鹽巖、風沙和地震液化。米蘭接軌方案經過軟土段落長約76.2km,經過鹽漬土段落長約9.5km,經過鹽巖段落長約132.4km,經黃土段落長約29.1km,經風沙流段落長約96.2km,經地震液化段落長約10.3km,工程地質條件最好。米蘭西接軌方案經過軟土段落長約79.1km,經過鹽漬土段落長約79.5km,經過鹽巖段落長約133.7km,經黃土段落長約22.3km,經流動和半固定沙丘、沙地段落長約10.8km,經風沙流段落長約38.9km,經地震液化段落長約30.7km,工程地質條件較差。若羌接軌方案經過軟土段落長約79.1km,經過鹽漬土段落長約 79.5km,經過鹽巖段落長約133.7km,經黃土段落長約22.3km,經流動和半固定沙丘、沙地段落長約16.2km,經風沙流段落長約63.6km,經地震液化段落長約44.8km,工程地質條件最差。

3)米蘭接軌方案運營線路最長,且利用既有線最長,運營成本最高;米蘭西接軌方案運營線路較長,且利用既有線長,運營成本較高;若羌接軌方案運營線路最短,運營成本最低。

4)米蘭接軌方案經過實驗區長68.5km,對環境影響較大,米蘭西接軌方案和若羌接軌方案經過實驗區長22.6km,對環境影響較小。

5)米蘭接軌方案新建線路長度最短,利用既有線最長,靜態投資約49.1億元,投資效益最好。米蘭西接軌方案新建線路長度較短,利用既有線較長,但橋梁比例最高,靜態投資約66.3億元,投資效益最差。若羌接軌方案新建線路長度最長,靜態投資約60.6億元,投資效益較差。

根據上述各方案準則層優缺點,采用1～9標度法充分論證準則層中的各影響因素對于羅若鐵路線路方案的相對權重,構建相對權重判斷矩陣,并進行一致性檢驗。準則層A與方案層B之間構成的判斷矩陣及其一致性檢驗結果如表2—表6所示。

表2 A1-Bi判斷矩陣

表3 A2-Bi判斷矩陣

表6 A5-Bi判斷矩陣

3.3 評價結果分析

通過層次總排序法,確定方案層(米蘭接軌方案、米蘭西接軌方案和若羌接軌方案)對目標層(線路走向方案)的組合權重。米蘭接軌方案對線路走向方案的權重為Z=0.433,米蘭西接軌方案對線路走向方案的權重為Z=0.249,若羌接軌方案對線路走向方案的權重為Z=0.318。

通過以上分析發現,在考慮了各種因素后,米蘭接軌方案權重明顯大于米蘭西接軌方案和若羌接軌方案,表明米蘭接軌方案優于米蘭西接軌方案和若羌接軌方案,這與專家論證結果一致。

4 結語

通過層次分析法選線既可以避免單純定性分析的主觀性,同時又可以避免單純定量分析對數據的依賴性,以羅若鐵路選線研究為例,深入研究線路方案比選的主要影響因素,根據層次分析法得出的結論與專家論證結果及線路方案綜合比選推薦結果對比一致,印證了層次分析法決策模型的科學性及合理性。